摘 要

在众多的重金属离子中，汞对在多肽类和核酸内的硫醇和氨基有较强的亲和力^[1]，带来诸多健康问题，例如：肾功能衰竭，脑毁伤，心肌窒息，四肢酸疼，水俣病^[2-4]等。喹啉是一种经典的荧光构筑单元，具有较强的荧光性质，良好的调节性，很好的生物相溶性等优点，经常应用于识别Hg² 、Cd² 和Zn² 这三种ds族的荧光探针中。本文成功合成了一个喹啉类衍生物：2-{8-[2-(2-甲氧基-乙氧基)-乙氧基]-2-喹啉}-1-氢-菲[9,10-d]咪唑（L），培养出L的晶体并利用XRD确认其结构。在羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲溶液中，L能选择性地识别Hg² 。因此，L可以作为一种新型的高效Hg² 荧光探针。

关键词： 荧光 喹啉 探针 Hg²

ABSTRACT

As one of many common heavy metal ions, Mercury has strong affinity for mercaptan, amino in nucleic acid as well as polypeptide, leading to many health problems such as kidney failure, brain damage, myocardial infarction, limb pain and minamata disease.As a kind of classic fluorescence building units, quinoline has strong fluorescence properties, good regulatory and good biological intermiscibility.It often appears in the fluorescent probes sensing Zn² , Cd² and Hg² . One quinoline derivative: L, has been confirmed the structure of L by XRD. L can be able to selectively identify Hg² in HEPES buffer. Therefore，L can be used as a new type of efficient fluorescence probe for mercury ion in HEPES buffer. L also can be used as a new type of efficient fluorescence probe for zinc and cadmium ion in ethanol.

KEYWORDS: Fluorescence; Quinoline; Sensor; Hg²

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 荧光探针的结构和识别机理 1

1.2.1 光致电子转移（PET）机理 2

1.2.2分子内电荷转移（ICT）机理 2

1.2.3荧光共振能量转移（FRET）机理 3

1.2.4激态缔合物机理 3

1.3 荧光探针的商业应用 4

1.4 喹啉的结构与性质 4

1.5 基于喹啉的荧光探针 5

1.6 本文研究的方向、内容和意义 8

第二章 产物L的合成 9

2.1 试剂与仪器 9

2.2 合成原理 10

2.3 实验方法 10

2.3.1 F1的合成 10

2.3.2 F2的合成 11

2.3.3 F3的合成 12

2.3.4 L的合成 12

2.4 L的晶体结构 13

2.4.1 单晶的培养 13

2.4.2 晶体的测定方法 13

2.4.3 晶体数据的采集 14

2.5 本章小结 16

第三章 结果与讨论 17

3.1 L的性质 17

3.1.1 L的荧光性质 17

3.1.2 L的紫外性质 20

3.2 本章小结 21

第四章 中间体和产物的表征 22

第五章 结论与展望 25

5.1 结论 25

5.2 展望 25

参 考 文 献 26

致 谢 30

第一章 文献综述

1.1 引言

三十多年来，分子识别作为超分子化学的一个重要的分支，得到了迅猛地发展和深入研究，特别是在材料化学，合成化学，信息科学以及生命科学等重点领域^[5][6]具有举足轻重的地位，比如：荧光探针、分子催化、模拟酶催化^[7]。

分子识别是指：在相同环境中，主体（受体）以某种特定的形式对客体（底物）特异性结合^[8]并表现出特定功能的过程^[9]。科学家们通过不懈努力发现它们并非以共价键的形式结合，而是几种分子间的弱作用力（氢键，静电力和范德华力等）共同作用形成非共价键。当客体为金属离子时，配体作为一个主体分子与该金属离子形成一定的几何构型，引起体系中某种物理现象的改变，紫外和荧光等光信号也会随之变化，从而达到分子识别的目的，这种配体被称为可以选择性地识别这种金属离子的荧光探针^[10-12]。

1.2 荧光探针的结构^[7]和识别机理^[13]

荧光探针主要由三个部分构成^[14]:

（1）含共轭结构的荧光发色团（Fluorophore），当与客体发生结合后，能将所获得的识别信息转化为可以查看的光物理信号，荧光发色团（Fluorophore）主要起传递信号的功用。

（2）识别基团（Receptor），以一定形式（比如：络合，配位，螯合）与客体发生专一性的结合，从而使荧光探针在颜色，紫外和荧光等环境下发生变化。

（3）连接基团（Spacer），是用来连接荧光发色团和识别基团的，又被称为中继体（或间隔基团）。它的作用是当识别基团与客体发生相互结合之后，使得分子内电荷密度不均匀，引起发色团的荧光强度改变或者波长位移。

1.2.1 光致电子转移（PET）机理 ^[15][16]

目前，基于PET机理的荧光分子探针层见叠出。PET（光致电子转移）机制主要指：当有来自外界光的照射时，荧光探针吸收光的能量，荧光基团的能级最高轨道（HOMO）上电子受到激发，跃迁至能级最低轨道（LUMO）上，并占据空位。此时荧光基团LOMO处于饱和状态，给体HOMO上的电子填充到荧光团的能级最高轨道上，导致受体的能级最高轨道饱和。但是由于激发态的电子不稳点，又不能回到最初开始的基态轨道，所以就阻碍了荧光团的荧光释放，从而造成探针发生淬灭^[17]。当接受体与客体发生结合提高了氧化电位，导致荧光团的最高轨道能级远远地超过受体的HOMO能级，使得光致电子受到抑制无法转移，从而荧光得以恢复。这两种途径造成的荧光强度变化非常大并且波长不会有位移，能显示出“turn-on”（图1-1）和“turn-off”（图1-2）两种显著的形式。

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